사출시 가스 발생과 소각 시 환경호르몬 다이옥신 발생
오심, 어지럼증, 시각장애, 두통, 복통, 방향감각상실, 환각 등 유발
단열재 등 건축용과 자동차 내장재, 전기제품, 항공기, 선박 등 용도 광범위하게 확대
<난연제(Flame Retardants)>
말 그대로 불에 잘 타지 못하게 하는 물질로 방연제라고도 한다.
연소하기 쉬운 성질을 가지고 있는 대부분의 플라스틱에 첨가해서 물리, 화학적으로 개선시키는 물질이다.
즉, 플라스틱의 분해 온도 이하에서 반응하여 불연성 물질로 변해 플라스틱과 산소와의 접촉을 방지한다.
또 불연성 가스를 방출하여 연소를 방해하는 기능을 지녔다.
단열재 등 건축용과 자동차 내장재용, 전기제품, 항공기, 선박 등 용도가 광범위하게 확대되고 있다.
구성성분에 따라 유기계와 무기계로 분류된다.
유기물계는 크게 할로겐계(취소계 염소계)와 인계(인산에스테르계등)가 있다.
무기물계는 삼산화안티몬, 수산화화합물, 중비금속 화합물, 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgHCO3), 클레이, 탈크 등이 있다.
사용비율은 무기계 난연제가 가장 많고 할로겐계, 인계, 염소계 순이다.
사용법에 의해 첨가형과 반응형으로 분류된다.
첨가형은 물리적으로 플라스틱에 난연제를 첨가해서 난연성을 향상시킨다.
반응형은 플라스틱을 제조할 때 일부에 난연제를 첨가해서 화학반응을 시키고 난연성을 향상시키는 방법이다.
일반적으로는 난연제 첨가에 의한 것이 주류를 이루고 있다.
플라스틱(폴리머)의 연소과정은 단계에 따라 진행하는데 플라스틱의 가열, 화합물의 열화, 플라스틱의 분해, 분해된 가스의 점화가 연소과정을 이루고 있다.
이 같은 진행을 막는 난연제의 특성은 크게 다섯 가지다.
먼저 Free radical(생명 원자 또는 분자가 짝짓지 않은 전자를 하나 또는 그 이상 가지고 있어 극성을 띠게 된 상태)에 의한 연쇄반응을 지연시키는 기능이다.
두 번째 불에 타지않는 가스(H2O, CO2, NH3 등)를 발생시키고, 분해된 가스의 인화점을 높게 유지시킨다.
세 번째 연소물질 위에서 유리상의 도막을 형성하여 산소의 접근을 방해한다.
네 번째 탄화상태의 생성을 촉진하는 촉매적 기능이 있다.
다섯 번째 기질과 흡열반응으로 분해하여 연소열을 저하시키던지 불꽃의 진행을 경감시키는 기능이 있다.
<브롬계 난연제>
국내에서는 주로 브롬계 난연제가 사용되고 있다.
대표적인 것으로 PBB(Polybromobiphenyl), PBDE(Polybromodiphenyl ether), TBBPA(Tetrabromobisphenol A) 등이 있다.
브롬계 난연제는 10여년 전부터 유해성 여부 및 환경문제와 관련, 대체 요구가 제기돼 왔다. 유럽, 특히 독일 지역에서 데카브롬의 연소 시 다이옥신 발생의 가능성이 이슈가 됐다.
제품의 안정성과 함께 화재 시 인체 유해성을 놓고 많은 논의가 있어 왔다.
현재까지 사용되고 있는 할로겐계 난연제를 성능과 비용 면에서 대체할 만한 것의 개발이 이루어지지 않고 있어 나라마다 약간의 규제 차이가 있다.
독일은 블루엔젤, 핀란드·네덜란드·벨기에는 화이트스완이라는 환경마크 제도를 실시해 소각 시 다이옥신 발생 여부 가능성을 이유로 일부 업체별로 규제를 하고 있다.
브롬계 난연제는 사출시 가스 발생과 소각 시 다이옥신 발생 가능성으로 non-할로겐계 난연제에 대한 연구는 계속 진행 중이다.
브롬계 난연제 시장에 환경문제가 부각되자 일부 업체가 대체품을 내놓고 있다.
하지만 가격 면에서 기존의 DBDPO보다 비싼 단점이 있어 국내 수요는 아직 미미한 것으로 알려졌다.
브롬계 난연제는 합성수지, EP, 난연 Epoxy, Phenol 생산기업에서 사용하고 있다.
TBBA는 브롬계 난연제 시장 중 절반 이상을 차지하고 있으며, DBDPO가 다음으로 많이 사용되고 있다.
국내에서도 TBBA 사용은 꾸준히 늘고 있는 것으로 나타났다.
브롬계 난연제는 국내 수십 개 업체에서 사용하고 있으며 PP compounding용이 제일 많고 에폭시 및 페놀 업계가 뒤를 잇고 있다.
현재, 브롬계 난연제는 미국의 Great Lake Chemical, Albermarle Corp와 이스라엘의 Dead Sea Bromine이 주로 공급하고 있다.
원료인 Bromine 추출이 이스라엘의 사해와 미국의 알칸사스 지방에서만 가능하기 때문에 다른 지역에서는 제조 시 원료단가가 높아 생산이 어렵기 때문이다.
환경 호르몬 배출로 임산부, 태아에 영향을 미치며 소각 시 다이옥신이 발생한다.
브롬계 난연제의 일종인 HBCD(Hexabromocyclododecane)는 신경 독성, 내분비계 장애 등을 일으킨다.
화학물질 규제 국제 협약인 스톡홀름 협약에서 사용을 금지하기로 결의하였지만, 아직 대체 물질이 개발되지 않아 사용 금지가 유예되고 있는 상황이다.
세계적으로는 PBBs, PBDEs 외 HBCDD도 금지하고 있다.
<브롬(Bromine)>
브롬은 할로겐 원소로 실내 온도에서 붉은색 휘발성 액체이며, 염소와 요오드의 중간 반응성을 가진다.
훈증약, 브롬계 난연제, 수질 정화제, 염료, 의약품, 살균제, 표백 및 소독제, 사진용 무기 브롬화물의 제조에 사용된다.
브롬 이온은 중추 신경계 억제제로 불명확한 언어, 떨림, 오심, 구토, 기면, 어지럼증, 시각장애, 불안정, 두통, 기억 손상 및 집중력 감소, 방향감각상실, 환각을 일으킨다.
브롬 액체는 입과 식도에 타는 듯한 통증을 일으킬 수 있다.
또 구토, 복통, 설사 증세를 보이는 심각한 부식성 위창자염도 유발한다.
반응성이 크고 수분이 있을 때 강한 산화제로 작용한다.
<할로겐(halogen)>
주기율표의 17족에 속하는 원소들로, 염소, 브로민(브롬), 아이오딘(요오드), 플루오르 등이 있다.
이 원소들은 알칼리 금속과 화합하여 물에 녹기 쉽고, 소금과 비슷한 모양을 만들기 때문에 그리스 어 halos genes('소금을 만든다'는 뜻)에서 유래하여 할로겐이라고 불렸다.
할로겐 원소는 각 주기에서 비금속성이 가장 크고, 반응성이 크기 때문에 주로 다른 원소와 화합물의 상태로 존재한다.
브로민(브롬)은 프랑스의 화학자인 발리르가 해초를 연구하던 중에 발견하였는데, 악취가 심해 그리스 어로 악취를 뜻하는 Bromos에서 유래되어 원소 기호를 Br이라고 하였다.
아이오딘(요오드)는 프랑스의 화학자인 쿠르투아가 발견하였으며, 프랑스의 물리학자이자 화학자인 게이뤼삭이 그리스 어로 보라색을 뜻하는 Ioeides에서 따 원소 기호를 I라고 하였다.
플루오르는 라틴어의 fluo(흐르다)에서 유래되었다.
할로겐 족은 하나의 전자를 얻으면 가장 바깥 전자껍질이 채워져 안정해지므로 다른 원자의 전자를 끌어당기는 힘, 곧 전기 음성도가 강하다.
이 때문에 매우 반응성이 강하다.
난연제 중에서는 할로겐물질이 비친환경적이지만 성능은 뛰어난다.
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